天然石材硬度級別之二--花崗巖和大理石

劃分出極軟巖十分重要，因為這類巖石不僅極軟，而且常有特殊的工程性質(zhì)，例如某些泥巖具有很高的膨脹性；泥質(zhì)砂巖、全風化花崗巖等有很強的軟化性(單軸飽和抗壓強度可等于零)；有的第三紀砂巖遇水崩解，有流砂性質(zhì)。劃分出極破碎巖體也很重要，有時開挖時很硬，暴露后逐漸崩解。片巖各向異性特別顯著，作為邊坡極易失穩(wěn)。事實上，對于巖石地基，特別注意的主要是軟巖、極軟巖、破碎和極破碎的巖石以及基本質(zhì)量等級為V級的巖石，對可取原狀試樣的，可用土工試驗方法測定其性狀和物理力學性質(zhì)。

舉例:

1 花崗巖，微風化：為較硬巖，完整，質(zhì)量基本等級為Ⅱ級；

2 片麻巖，中等風化：為較軟巖，較破碎，質(zhì)量基本等級為Ⅳ級；

3 泥巖，微風化：為軟巖，較完整，質(zhì)量基本等級為Ⅳ級；

4 砂巖(第三紀)，微風化：為極軟巖，較完整，質(zhì)量基本等級為V級；

5 糜棱巖(斷層帶)：極破碎，質(zhì)量基本等級為V級。

巖石風化程度分為五級，與國際通用標準和習慣一致。為了便于比較，將殘積土也列在表A.0.3中。國際標準ISO／TC182／SCl也將風化程度分為五級，并列入殘積土。風化帶是逐漸過渡的，沒有明確的界線，有些情況不一定能劃分出五個完全的等級。一般花崗巖的風化分帶比較完全，而石灰?guī)r、泥巖等常常不存在完全的風化分帶。這時可采用類似“中等風化-強風化’“強風化-全風化”等語句表述。同樣，巖體的完整性也可用類似的方法表述。第三系的砂巖、泥巖等半成巖，處于巖石與土之間，劃分風化帶意義不大，不一定都要描述風化。

關(guān)于軟化巖石和特殊性巖石的規(guī)定，與《94規(guī)范》相同，軟化巖石浸水后，其承載力會顯著降低，應(yīng)引起重視。以軟化系數(shù)0.75為界限，是借鑒國內(nèi)外有關(guān)規(guī)范和數(shù)十年工程經(jīng)驗規(guī)定的。

石膏、巖鹽等易溶性巖石，膨脹性泥巖，濕陷性砂巖等，性質(zhì)特殊，對工程有較大危害，應(yīng)專門研究，故本規(guī)范將其專門列出。

巖石和巖體的野外描述十分重要，規(guī)定應(yīng)當描述的內(nèi)容是必要的。巖石質(zhì)量指標RQD是國際上通用的鑒別巖石工程性質(zhì)好壞的方法，國內(nèi)也有較多經(jīng)驗，《94規(guī)范》中已有反映，本次修訂作了更為明確的規(guī)定。

巖石是天然產(chǎn)出的具穩(wěn)定外型的礦物或玻璃集合體，按照一定的方式結(jié)合而成。是構(gòu)成地殼和上地幔的物質(zhì)基礎(chǔ)。按成因分為巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。其中巖漿巖是由高溫熔融的巖漿在地表或地下冷凝所形成的巖石，也稱火成巖；沉積巖是在地表條件下由風化作用、生物作用和火山作用的產(chǎn)物經(jīng)水、空氣和冰川等外力的搬運、沉積和成巖固結(jié)而形成的巖石；變質(zhì)巖是由先成的巖漿巖、沉積巖或變質(zhì)巖，由于其所處地質(zhì)環(huán)境的改變經(jīng)變質(zhì)作用而形成的巖石。

地殼深處和上地幔的上部主要由火成巖和變質(zhì)巖組成。從地表向下16公里范圍內(nèi)火成巖和變質(zhì)巖的體積占95%。地殼表面以沉積巖為主，它們約占大陸面積的75%，洋底幾乎全部為沉積物所覆蓋。

巖石學主要研究巖石的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、分類命名、形成條件、分布規(guī)律、成因、成礦關(guān)系以及巖石的演化過程等。它屬地質(zhì)科學中的重要的基礎(chǔ)學科。

十八世紀末巖石學從礦物學中脫胎出來而發(fā)展成一門獨立的學科。在巖石學發(fā)展的初期，主要研究的是火成巖，到了十九世紀中葉才開始系統(tǒng)地研究變質(zhì)巖，而沉積巖直到二十世紀初才引起人們的注意。目前巖石學正沿著巖漿巖石學、沉積巖石學和變質(zhì)巖石學三個主要的分支方向發(fā)展。

古老巖石都出現(xiàn)在大陸內(nèi)部的結(jié)晶基底之中。代表性的巖石屬基性和超基性的火成巖。這些巖石由于受到強烈的變質(zhì)作用已轉(zhuǎn)變?yōu)楦缓G泥石和角閃石的變質(zhì)巖，通常我們稱為綠巖。如1973年在西格陵蘭發(fā)現(xiàn)了同位素年齡約38億年的花崗片麻巖。1979年，巴屯等測定南非波波林帶中部的片麻巖年齡約39億年左右。

加拿大北部的變質(zhì)巖—阿卡斯卡片麻巖是保存完好的古老地球表面的一部分。放射性年代測定表明阿卡斯卡片麻巖有將近40億年的年齡，從而說明某些大陸物質(zhì)在地球形成之后幾億年就已經(jīng)存在了。

最近，科學家在澳大利亞西南部發(fā)現(xiàn)了一批最古老的巖石，根據(jù)其中所含的鋯石礦物晶體的同位素分析結(jié)果，表明它們的“年齡”約為43億至44億歲，是迄今發(fā)現(xiàn)的地球上最古老的巖石樣本，根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)可以推論，這些巖石形成時，地球上已經(jīng)有了大陸和海洋。在地球誕生2億至3億年后，可能并不象人們所認為的那樣由熾熱的巖漿所覆蓋，而是已經(jīng)冷卻到了足以形成固體地表和海洋的溫度。地球的圈層分異在距今44億年前可能就已經(jīng)完成了。

目前在中國發(fā)現(xiàn)的最古老巖石是冀東地區(qū)的花崗片麻巖，其中包體的巖石年齡約為35億年。

澳大利亞西部Warrawoona群中的微化石在形態(tài)結(jié)構(gòu)上比較完整。它們究竟是藍藻還是細菌目前尚難確定。通常認為，早期疊層石是藍藻建造的，疊層石是藍藻存在的指示。如果35億年前就已經(jīng)出現(xiàn)藍藻，則說明釋氧的光合作用早就開始了，這便引出一個問題：為什么直到20億年前大氣圈才積累自由氧呢？從35億年前到20億年前中間相隔15億年之久，為什么氧的積累如此緩慢？對此當然有不同的解釋。例如近年來已經(jīng)發(fā)現(xiàn)疊層石也可能完全由光合細菌建造，或甚至由非光合細菌建造。

最古老生命存在的間接證據(jù)中較重要的是格陵蘭西部條帶狀鐵建造(BIF)和輕碳同位素。如果證據(jù)成立，則由此可推斷在38億年前的地球上已經(jīng)出現(xiàn)進行釋氧光合作用的微生物，即類似藍藻的生物。根據(jù)Cloud的解釋，BIF是由光和微生物周期性地釋氧而引起亞鐵氧化為高價鐵沉積下來的。輕碳同位素也是光合作用的間接證據(jù)。但反對的意見認為，BIF形成所需的氧可以通過大氣中的水分子的光分解來提供，而輕碳同位素可能來自碳酸鹽的熱分解。

疊層石是前寒武紀未發(fā)生變質(zhì)的碳酸鹽沉積中最常見的一種“準化石”，是由原核生物所建造的有機沉積。這種疊層狀的生物沉積構(gòu)造是由于藍藻等低等微生物在其生命活動中，通過沉積物的捕獲和膠結(jié)作用發(fā)生周期性的沉積作用而形成的。根據(jù)Walter(1983)的統(tǒng)計，在澳大利亞、北美和南非三個不同大陸的11個地點發(fā)現(xiàn)了太古宙疊層石，其年齡都在25億年以上。晚元古代是地史上疊層石最繁盛的時期，其分布廣泛、形態(tài)多樣。后生動物出現(xiàn)以后疊層石驟然衰落。寒武紀至泥盆紀疊層石數(shù)量和分布范圍有限。泥盆紀以后疊層石只是殘存。現(xiàn)代海相疊層石只分布在澳大利亞、中美洲、中東等地的少數(shù)地區(qū)特殊環(huán)境中。

隕石是太陽系內(nèi)小天體的珍貴標本，為研究太陽系的起源、演化和生命起源提供了寶貴的線索和資料。球粒隕石中不僅含有氨基酸，還有烴類、乙醇和其他可能形成保護原始細胞膜的脂肪族化合物。對生命起源的研究有較大意義。生物化學家David.W.Dreamer用默奇森隕石中得到的化合物制成了球形膜，這些小泡提供了氨基酸、核苷酸和其他有機化合物以及進行生命開始所必需的轉(zhuǎn)變環(huán)境。也就是說，當隕石撞擊地球時，產(chǎn)生形成生命所需的有機物及必需的環(huán)境。和生命起源于彗星的理論一樣，這是一種新的天外起源說。另外，康奈爾大學的C.Hyba指出，撞擊也可以用其它方式提供生命所需的原材料，來自一次隕石撞擊的熱和沖擊波可以在原始大氣中激發(fā)起合成有機化合物的化學反應(yīng)。

隕石是降落到地球表面的小塊行星際物質(zhì)撞入地球大氣圈后尚未被燒盡的流星體的殘片。在晴朗的夜晚，可以看到一線亮光劃過夜空，瞬間消失。這些彌漫在宇宙空間中的星際塵埃，如果被地球的引力捕獲便形成隕星；當它們以極快的速度進入地球大氣圈時與大氣發(fā)生摩擦、生熱、發(fā)光，一部分殘留下來落到地表就成為隕石。如果隕石在空中爆炸后象下雨一樣降落，就稱為隕石雨。1976年3月8日，我國吉林省降落過一次世界罕見的隕石雨，完整的隕石有100余塊,重2噸多，其中最大的一塊重達1770公斤，是世界上最大的石隕石。隕石來自星際空間，在1969年阿普羅11號在月球著陸并將月巖帶回地球以前，隕石是人們能直接加以觀察的唯一的外來天體。

近代史上最驚人的隕石墜落事件是1908年的通古斯事件。當時在前蘇聯(lián)西伯利亞通古斯方圓800公里的范圍內(nèi)，都可見到了火光；在100公里范圍內(nèi)，都聽到了轟隆巨響；在50公里范圍內(nèi)，高大樹木全部被燒毀。很多人推測這次事件與隕石墜落有關(guān)，但奇怪的是至今沒有找到隕石碎塊。因此成為世界著名的“通古斯之謎”，吸引了許多中外科學家前往這個地區(qū)進行考察和研究。

隕石可分為三類：石隕石、石鐵隕石和鐵隕石。其中以石隕石最多，約占94%。同位素年齡測定隕石的年齡約為46億年。

石隕石:

密度為3-3.5克/立方厘米。由硅酸鹽礦物橄欖石、輝石、少量斜長石和金屬鐵的微粒組成。可分為球粒隕石和無球粒隕石，前者含有直徑為1-2毫米大小的隕石球粒，它是熔融物質(zhì)快速冷凝的產(chǎn)物。這種結(jié)構(gòu)在地球上從未發(fā)現(xiàn)過。可能是在太陽系形成初期原始行星物質(zhì)被原始太陽的高溫熔化后，在脫離太陽時迅速冷卻而形成的。因此，玻璃質(zhì)球粒的成分就反映了太陽系形成初期原始行星的成分。

石鐵隕石:

密度約5.6-6克/立方厘米，由鐵鎳和硅酸鹽礦物組成。

鐵隕石:

密度約8-8.5克/立方厘米。大約由80%-95%的金屬鐵和5%-20%的鎳組成。